CS201572B1

CS201572B1 - Connection for the cooling of conversion gas in the sulphuric acid production by contact process

Info

Publication number: CS201572B1
Application number: CS478779A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Cermak; Jaroslav Pozivil; Vratislav Walter; Jaroslav Lukes; Jan Burian
Original assignee: Frantisek Cermak; Jaroslav Pozivil; Vratislav Walter; Jaroslav Lukes; Jan Burian
Priority date: 1979-07-06
Filing date: 1979-07-06
Publication date: 1980-11-28

Description

ČESKOSLOVENSKÁSOC IALISTICKÁREPUBLIKA (19)CZECHOSLOVAKKÁSOC IALISTICREPUBLIC (19)

POPIS VYNÁLEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ 1201572 hnr) ” (Bi) (51) Int. Cl3 C 01 B 17/76DESCRIPTION OF THE INVENTION FOR COPYRIGHT CERTIFICATE 1201572 hnr) ”(Bi) (51) Int. Cl3 C 01 B 17/76

(22) Přihlášeno 06 07 79(21) (PV 4787—79) (40) Zveřejněno 29 02 80(22) Registered 06 07 79 (21) (PV 4787—79) (40) Published 29 02 80

ÚŘAD PRO VYNÁLEZYA OBJEVY (45) Vydáno 31 05 82 1 (75)OFFICIAL OFFICE AND DISCOVERY (45) Published 31 05 82 1 (75)

Autor vynálezu ČERMÁK FRANTIŠEK ing., MĚLNÍK, POŽIVIL JAROSLAV ing. CSc., PRAHA,WALTR VRATISLAV ing.,Author of the invention ČERMÁK FRANTIŠEK ing., MĚLNÍK, POŽIVIL JAROSLAV ing. CSc., PRAGUE, WALTR VRATISLAV ing.,

LUKEŠ JAROSLAV ing. aBURIAN JAN ing., NERATOVICE (54) Zapojení pro chlazení konverzního plynu při výrobě kyselinysírové ze síry kontaktním způsobemLUKEŠ JAROSLAV ing. ABURIAN JAN ing., NERATOVICE (54) Involvement for the Conversion Gas Cooling in Sulfur Acid Production by Contact Method

Vynález se týká zapojení pro chlazení kon-verzního plynu při výrobě kyseliny s;.rovéze síry kontaktním způsobem technologiídvojité konverze s vloženou absorpcí, u kte-ré se řeší chlazení konverzního plynu za I.stupněm oxidace, to znamená před vstupemdo vložené absorpce. Výrobna kyseliny sírové ze síry kontaktnímzpůsobem se v zásadě skládá ze tří techno-logických uzlů a dvou uzlů pomocného zaří-zení. Vlastní technologická část výrobny seskládá z uzlu spalování síry a chlazení ply-nu, kde se vyrábí kysličník siřičitý a zajiš-ťuje doprava plynu systémem, dále z uzlukontaktního, kde se ve dvou stupních (zpra-vidla na třech až pěti etážích katalyzátoru)zajišťuje oxidaci kysličníku siřičitého nakysličník sírový vzdušným kyslíkem a z uzlusušení a absorpce, kde se vedle sušení at-mosférického vzduchu pro potřeby spalová-ní síry vyrábí v podsystémech vložené akoncové absorpce vlastní finální produktyabsorpcí kysličníku sírového v kyselině sí-rové, případně v oleu. Pomocná zařízenítvoří dva samostatné uzly, a to uzel stáčení,skladování a filtrace síry a uzel skladovánía expedice produktů kyseliny sírové a po-případě olea. Z energetického hlediska v uzlu spalovánísíry a v kontaktním uzlu se uvolňuje znač- né množství tepla jednak v peci na síru adále ve vrstvách vanadového katalyzátoru.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a process for cooling off conversion gas in the production of sulfur-containing acid by contacting a double-conversion process with interposed absorption, wherein cooling of the conversion gas after the first stage of oxidation, i.e. prior to entering the absorption, is addressed. The sulfuric acid production plant of sulfur by contact method basically consists of three technological nodes and two nodes of the auxiliary device. The technological part of the production plant consists of the sulfur combustion node and gas cooling, where the sulfur dioxide is produced and the gas is transported through the system, further from the nodule contact, where oxidation is ensured in two stages (usually three to five catalysts). Sulfur dioxide Sulfur sulfur air oxygen and absorption and absorption, where, in addition to drying the atmospheric air for the purposes of sulfur combustion, the sub-systems incorporate the inherent end-products of sulfur dioxide absorption in sulfuric acid or oil. The auxiliary devices form two separate nodes, namely the bottling, storage and filtration nodes of the sulfur and the storage node and dispatch of the sulfuric acid products and the oleander. From the energy point of view in the combustion sulfur node and in the contact node, a considerable amount of heat is released both in the sulfur furnace and in the vanadium catalyst layers.

Na teplotu reakční směsi jsou kladeny ur-čité požadavky zejména při vstupu do vrst-vy katalyzátoru a při vstupu do systémůvložené a koncové absorpce. Teplota na za-čátku vrstvy katalyzátoru musí být vyšší nežje teplota zážehu katalyzátoru, která se uvanadových katalyzátorů pohybuje okolo400 °C, ale zase nesmí být příliš 'vysoká, abyse nepřekročila teplota dezaktivace kataly-zátoru a aby stupeň přeměny kysličníku si-řičitého na kysličník sírový byl dostatečněvysoký. Zpravidla má plyn na vstupu do vrst-vy katalyzátoru teplotu 400 až 460 °C. Je te-dy nutné reakční směs za pecí na síru a zajednotlivými vrstvami katalyzátoru chladit.Za pecí na síru, kde je teplota směsi nejvyšší,se nejčastěji instaluje parní kotel. Teplo zavrstvami katalyzátoru se odebírá buď ve vý-měnících tepla typu plyn-plyn a. slouží kohřátí plynu z vložené absorpce nebo k pře-dehřátí vzduchu do pece, nebo se reakčnísměs chladí přífukem studené směsi nebostudeného vzduchu, za II. stupněm oxidacese plyn obvykle chladí v ekonomizéru a tep-lo tak slouží k předehřátí vody do parníhokotle.Certain requirements are imposed on the temperature of the reaction mixture, in particular when entering the catalyst bed and entering the system of embedded and end absorption. The temperature at the beginning of the catalyst layer must be higher than the catalyst's ignition temperature, which is about 400 ° C in the free catalysts, but not too high not to exceed the catalytic deactivation temperature and the conversion of sulfur dioxide to sulfur trioxide he was high enough. As a rule, the gas at the inlet of the catalyst layer has a temperature of 400 to 460 ° C. It is therefore necessary to cool the reaction mixture downstream of the sulfur furnace and the individual catalyst layers. In the sulfur furnace where the mixture temperature is highest, a steam boiler is most often installed. The heat of the catalyst layers is taken either in the gas-to-gas exchange heat and serves to coalesce the gas from the embedded absorption or to heat the air into the furnace, or to cool the reaction mixture with a cold mixture of cold air, II. With the degree of oxidation, the gas is usually cooled in the economizer and the heat is used to preheat the water into the steam boiler.

Teplo uvolněné při oxidaci síry se využívápřímo v uzlu spalování síry zpravidla k vý- 2 robě páry. Teplo uvolněné při oxidaci kys-ličníku siřičitého v kontaktním uzlu se vy-užívá dvojím způsobem. Část tepla se spo-třebuje přímo v kontaktním uzlu, a to ať užk ohřátí plynu z vložené absorpce nebo kohřátí přifukovaného studeného vzduchu ne-bo plynu a část ho lze využít jinak. Zpravid-la se využívá ke zvýšení výroby páry v par-ním kotli za pecí v uzlu spalování síry. Tep-lo se tam převádí například tím způsobem,že se v ekonomizéru předehřeje napájecívoda nebo tak, že se předehřeje vzduch dopece na síru a tím se zvýší teplota siřičité-ho plynu, který proudí z pece do parníhokotle a podobně. V poslední době se ve výrobnách kyselinysírové snaží vést ‘ spalování síry tak, abyvznikl plyn s vyšším obsahem kysličníku si-řičitého, takže se nemusí zbytečně protla-čovat systémem tak velké množství inertní-ho dusíku, který se pak rovněž nemusí vevýrobně zbytečně ohřívat a ochlazovat. Jed-ním z důsledků používání vyšších koncen-trací kysličníku siřičitého a dalších raciona-lizačních opatření vedoucích k lepšímu vy-užívání tepla ve výrobnách kyseliny sírovéje to, že se siřičitý plyn vzniklý spalovánímsíry ohřeje na vyšší teplotu. Podobná situacenastává ve výrobnách, kde še intenzifikujeprodukce kyseliny sírové a výkon pece nasíru je obvykle nutné zvýšit nad hranice,pro které byla projektována. Zvýšení teplo-ty plynu za pecí působí značné potíže vy-plývající z přípustného tepelného namáhánívyzdívky pece a materiálu parního kotle astává se tak limitujícím článkem při inten-zifikaci výroby kyseliny sírové. Rovněž tep-pota plynu na výstupu z jednotlivých vrs-tev katalyzátoru se při intenzifikaci výrobyzvyšuje. Zvýšené množství produkovanéhotepla se buď nevyužívá a naopak se musíodstranit v systémech vložené a koncovéabsorpce v chladičích při vynaložení znač-ných nákladů, nebo se někdy využívá tak,že se zvětší kapacita výměníku na přede-hřívání vzduchu ke spalování síry a teplose tak převádí do parního kotle za pecí nasíru. Tato možnost je však silně omezena,protože teplota plynu za pecí pak bývá ne-přípustně vysoká.The heat released during the oxidation of sulfur is usually used in the sulfur combustion node to produce steam. The heat released by the oxidation of sulfur dioxide in the contact node is used in two ways. Part of the heat is consumed directly in the contact node, either by heating the gas from the embedded absorption or by tapping the extruded cold air or gas and some of it otherwise. As a rule, it is used to increase steam production in the steam boiler downstream of the furnace in the sulfur combustion node. The heat is transferred there, for example, by preheating the feed in the economizer or by preheating the air to the sulfur, thereby increasing the temperature of the sulfur gas that flows from the furnace to the steam boiler and the like. Recently, the sulfuric acid plants have been trying to lead to a higher sulfur dioxide gas in the acid sulfuric plants, so that there is no need to unnecessarily pressurize the system with such a large amount of inert nitrogen, which is also not necessarily heated and cooled unnecessarily. . One of the consequences of using higher concentrations of sulfur dioxide and other rationalization measures leading to better use of heat in sulfuric acid plants is that the sulfur gas produced by combustion is heated to a higher temperature. A similar situation occurs in production plants where the intensification of sulfuric acid production and the performance of the sulfur furnace is usually required to be raised beyond the limits for which it was designed. Increasing the gas temperature behind the furnace causes considerable difficulty resulting from the permissible thermal stress of the furnace lining and steam boiler material and thus constitutes a limiting element in the production of sulfuric acid. Also, the temperature of the gas at the outlet of the individual catalyst layers increases during intensification. The increased amount of produced heat is either not utilized and, conversely, has to be eliminated in the embedded and final absorption systems in the chillers at considerable expense, or is sometimes utilized by increasing the capacity of the exchanger to preheat the sulfur to heat the steam boiler. behind the nasi oven. However, this possibility is severely limited because the gas temperature behind the furnace is then unacceptably high.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojenípro chlazení konverzního plynu při výroběkyseliny sírové kontaktním způsobem tech-nologií dvojité konverze, při které se po čás-tečné oxidaci kysličníku siřičitého v prvnímstupni oxidace část kysličníku sírového od-straní ze směsi v systému vložené absorpcea potom se v druhém stupni oxidace oxidu-je další část kysličníku siřičitého. Podstatazapojení spočívá v tom, že za prvním stup-něm oxidace kysličníku siřičitého je vřazenchladič konverzního plynu, tvořený parnímkotlem, jednou nebo několika varnými sek-cemi jiného parního kotle nebo předehří-vákem vodní páry jiného parního kotle neboekonomizérem. Výhoda zapojení podle vynálezu spočíváve využití části tepla uvolněného při oxida-ci kysličníku siřičitého k výrobě páry přímov kontaktním uzlu a v omezení převodu tep-la do uzlu spalování síry nižším předehřá-tím vzduchu do pece na síru. Reakční teplooxidace kysličníku siřičitého se tudíž efek-tivně využije k výrobě páry a teplota siři-čitého plynu za pecí se přitom sníží. Při na-vrhování nových výroben to umožňuje volitnižší povolené tepelné namáhání vyzdívkypece a materiálu parního kotle a tak snížitinvestiční náklady. Ve vstávajících výrobnáchto umožňuje jednak zvyšovat produkci ky-seliny sírové a dále používat koncentrova-nější siřičitý plyn, a tak snižovat výrobnínáklady. Zapojení podle vynálezu umožňujevyužít teplo reakčního plynu v maximálnímíře, to znamená ochladit ho až na nejnižšípřípustnou hranici, kterou je teplota, přikteré by kondenzovaly kapičky kyseliny sí-rové a korodovaly zařízení. PříkladThese drawbacks are eliminated by the inclusion of a double conversion process for the conversion of sulfuric acid in the production of sulfuric acid by a double conversion process in which, after partial oxidation of the sulfur dioxide in the first stage oxidation, some of the sulfur trioxide is removed from the mixture in the intermediate absorption system and then in the second oxidation stage -is another part of sulfur dioxide. The essence of the connection is that after the first stage of the oxidation of the sulfur dioxide, there is a conversion gas converter comprising a steam boiler, one or more boiling sections of another steam boiler or a preheated water vapor of another steam boiler or an economizer. The advantage of the circuitry of the invention consists in utilizing a portion of the heat released by the oxidation of sulfur dioxide to produce steam directly to the contact node and limiting heat transfer to the sulfur combustion node by lower air preheating to the sulfur furnace. Thus, the reaction heat-oxidation of sulfur dioxide is efficiently used to produce steam and the temperature of the sulfur gas downstream of the furnace is reduced. When designing new plants, this allows for a freely permitted thermal stress on the liner and the material of the steam boiler, thus reducing investment costs. In rising plants, it allows both the production of sulfuric acid and the use of more concentrated sulfur gas to reduce production costs. The inventive circuitry allows the use of the reaction gas heat in the maximum, that is, to cool it down to the lowest permissible temperature limit, which would condense droplets of sulfuric acid and corrode the device. Example

Na připojeném výkresu je znázorněn pří-klad zapojení podle vynálezu. Filtrovaná ka-palná síra 1 je pod tlakem dávkována ná-střikovým čerpadlem síry 1 do hořáků hori-zontální vyzděné pece 4 s přepážkami, kamje zároveň zaváděn vysušený a předehřátýatmosférický vzduch 3. Atmosférický vzduch3 je nasáván dmychadlem a s přetlakem jevháněn do sušičového absorbéru, kde je vy-sušen protiproudým skrápěním kyselinou sí-rovou a dále do trubkového výměníku tepla8, kde se předehřeje na asi 300 °C a vedese dále do pece 4. Pec 4 a následující parníkotel 5 jsou konstruovány na maximální pří-pustnou teplotu 1150 °C. Při původně použí-vaně koncentraci 10 obj. % SOz má pražnýplyn teplotu 1073 °C, při zvýšení koncentra-ce na 11 ob\ % SO2 stoupne jeho teplotana 1149 °C, při zvýšení na 12 % na 1223 °C.Siřičitý plyn se před zavedením na prvnívrstvu katalyzátoru ještě ochladí na teplotu420 °C v parním kotli 5 a prochází tak zva-ným horkým filtrem plynu, což je filtr s vý-plní k zachycení zbytkových mechanickýchnečistot z pražného plynu. Napájecí voda 2pro parní kotel 5 je vháněna do kotle na-pájecím čerpadlem přes ekonomizér 11, kdese předehřívá na teplotu blízkou teplotě va-ru (222 °C 3, a to konverzním plynem, odchá-zejícím ze čtvrté vrstvy katalyzátoru. Kata-lytická oxidace SO2 na SO3 vanadičitým ka-talyzátorem probíhá ve čtyřech vrstvách ka-talyzátoru a dosahuje se celkový stupeň pře-měny SO2 na SO3 minimálně 0,995. První třivrstvy katalyzátoru představují první stupeň6 oxidace, zatímco druhý stupeň oxidace jepředstavován čtvrtou vrstvou katalyzátoru 10. Za první, druhou a třetí vrstvou kataly-zátoru jsou zařazeny trubkové výměníky tep-la typu plyn - plyn k odebírání části reakč-ního tepla, které slouží k předehřátí plynuz vložené absorpce před vstupem na čtvrtouvrstvu katalyzátoru. Za prvním stupněm 0The accompanying drawing shows an example of a connection according to the invention. The filtered liquid sulfur 1 is pressurized by a sulfur 1 spray pump to burners of a horizontal walled furnace 4 with baffles where dried and preheated atmospheric air 3 is introduced. Atmospheric air 3 is sucked in by the blower and blown into the absorber absorber by overpressure. dried by countercurrent sulfuric acid spray and further into a tubular heat exchanger 8 where it is preheated to about 300 ° C and fed further to the furnace 4. The furnace 4 and subsequent steam boiler 5 are constructed to a maximum permissible temperature of 1150 ° C. At an initially used concentration of 10 vol% SO 2, the gas has a temperature of 1073 ° C, with an increase in concentration of 11 vol% SO 2, its temperature rises to 1149 ° C, with an increase to 12% at 1223 ° C. by introducing it into the catalyst first layer, it is still cooled to 420 ° C in the steam boiler 5 and thus passes through the hot gas filter, which is a filter to remove residual mechanical impurities from the gas. The feed water 2 for the steam boiler 5 is blown into the boiler by means of a soldering pump via economizer 11, which is preheated to a temperature close to the boiling temperature (222 ° C 3 by a conversion gas leaving the catalyst bed 4). The SO2 on the SO3 by the vanadium catalyst takes place in four layers of catalyst and the overall degree of SO2 to SO3 is at least 0.995. The first three layers of catalyst represent the first stage of oxidation, while the second stage of oxidation is the fourth layer of catalyst 10. After the first, second and a third layer of catalytic converter includes gas-to-gas heat exchangers for extracting a portion of the heat of reaction to preheat the entrained absorption gas before entering the quarter-layer catalyst.

Claims

3, the convection gas is further cooled according to the invention in cooler 7 from a temperature of 360 ° C to 260 ° C and a heat exchanger 8, where it preheats the air to the furnace, to a temperature of 180 ° C. it is represented here by a circuit, an oleo absorber and an embedded absorber. By absorbing SO3 in the entrained absorption system, the oxidation reaction equilibrium SO2 + 0.5 O2 = SO3 is shifted to the right, which, after preheating the conversion gas and placing it on the fourth catalyst layer 10, achieves a high SO2 version required by the hygiene standards. -mami. The conversion gas from the fourth layer of catalyst 10 is cooled in the economizer 11 at a temperature of 456 ° C to 193 ° C and is fed to a final absorber 12 where the total SO 3 absorption rate reaches at least 0.999 and then the gas is introduced into the atmosphere. The cooling of the conversion gas after the first oxidation step 6 in the cooler 7 allows, even when the sulfur dioxide concentration is increased from 10 to 11 or 12 vol. % to use all the heat generated in the first CONSTRUCTION Connection for the conversion gas in the production of sulfuric acid from sulfur by a double conversion process in which, after partial oxidation of sulfur dioxide to sulfur trioxide in the first oxidation stage, some of the sulfur trioxide is removed in the system and then in the second stage of oxidation, oxidation step 6 is oxidized without increasing the temperature of the furnace. The temperature of the gas flowing through the system of embedded absorption 9 is only 180 ° C, which is the lowest limit when H2SO4 droplets do not condense and become corrosive. This heat would otherwise be introduced to the system of embedded absorption 9 where it would be useless to be disposed of in water chillers at additional cost. The shifting of the cooler 7 beyond the first stage 6 oxidized allows the temperature of the preheated atmospheric air 3 to be reduced from 300 to 200 ° C, thus lowering the gas temperature after the furnace 4 at a concentration of 12% SO 2 from 1223 to 1149 ° C. -menu below maximum limit. The cooling of the condensate gas according to the invention does not exclude that the steam boiler 5 and the condenser 7 have a common water management system and the like in order to increase the efficiency of the operation. It is even possible to include an additional boiling section of the boiler 5 behind the first oxidation stage 6. It will be appreciated that the greatest savings from the process of cooling the conventional gas according to the invention are achieved by intensification of the production in the existing sulfuric acid plants. in their re-construction. BACKGROUND OF THE INVENTION Another portion of sulfur dioxide, characterized in that a conversion gas cooler (7) consisting of a steam boiler, one or more boiling sections of another steam boiler or a steam boiler superheater of another steam boiler or economiser is incorporated after the first sulfur dioxide oxidation stage (6). 1 drawing